¿Por qué desarrollamos una plantilla de prueba de impacto de granizo?
¿Se ha preguntado alguna vez cómo se desarrollan la tecnología y los materiales modernos para protegerle a usted y a la aeronave de fenómenos como tormentas eléctricas con granizo? Debido a sus complejos mecanismos de fallo, las piezas de materiales compuestos reforzados con fibras deben someterse a pruebas experimentales para tales casos de carga, con resultados a veces impredecibles.
Pensemos, por ejemplo, en Xycomp® DLF™ (fibra larga discontinua). Durante años, este material ha resultado muy prometedor para sustituir piezas metálicas de formas complejas en aplicaciones aeroespaciales. Desgraciadamente, a pesar de un comportamiento muy bueno ante impactos a baja velocidad (caída de peso) y un bajo derribo en compresión después de la resistencia al impacto, desde el principio surgió la incertidumbre sobre el comportamiento ante impactos de granizo a alta velocidad de este material, lo que impidió su adopción en lugares en los que cabría esperar que se produjera este fenómeno. Como ejemplo de aplicación, tal caso de carga es especialmente crítico en la parte delantera de un motor turbofan, ya que cualquier material liberado durante un impacto puede ser ingerido por el motor con posibles consecuencias catastróficas. Por lo tanto, era necesario validar las capacidades de impacto de granizo del DLF antes de comprometerse a desarrollar con él piezas tan críticas.
Debido a los gastos y a la logística de las pruebas, los datos sobre el impacto del granizo eran muy limitados y, en un caso en el que un cliente realizó una prueba exploratoria con muestras de laminado, los resultados fueron pobres.
Para investigarlo a fondo, el Grupo de Tecnología Avanzada de Greene Tweed inició un proyecto de TD (desarrollo tecnológico) destinado a comprender mejor el comportamiento del DLF ante impactos a alta velocidad y mejorarlo. Después de que las pruebas validaran que el comportamiento ante impactos a baja y alta velocidad eran totalmente diferentes y que las pruebas de caída de peso no podían utilizarse para predecir el comportamiento ante impactos de granizo, quedó claro que la capacidad de prueba sería un componente clave. La flexibilidad de los ensayos para permitir bucles rápidos de iteración de la investigación se identificó como un factor importante para el éxito del proyecto, pero el número limitado de instalaciones de ensayo reconocidas que ofrecían tales servicios, el coste de los ensayos y las restricciones cada vez mayores debidas a la pandemia de la época hacían muy difícil hacer realidad tal visión. En consecuencia, a principios de 2020 se decidió desarrollar una capacidad interna de pruebas de impacto de granizo.
Hubo que superar muchos obstáculos, desde determinar cómo alcanzar las velocidades requeridas de más de 200 m/s en el limitado espacio disponible hasta encontrar la forma de medir con precisión la velocidad de impacto en un espacio reducido. El propio proceso de fabricación de la piedra de granizo requería un estudio minucioso, ya que un "cubito de hielo" normal, como los que se encuentran en los congeladores, se solidifica de fuera hacia dentro, creando graves tensiones internas que (como descubrimos) provocan la rotura de la piedra de granizo durante la fase de aceleración, convirtiendo el equipo en un cañón de nieve poco útil. Después de un poco de planificación, más pruebas, y un par de bucles de iteración, la capacidad de prueba se finalizó finalmente, y las investigaciones sobre el material real pudieron comenzar.
En su configuración actual, la plantilla de pruebas de impacto dispone de una cámara que permite ensayar componentes de hasta 600 x 500 x 300 mm, a velocidades de hasta 300 m/s. Ya se han realizado pruebas con granizos de 2" y 1,5" de diámetro. Las observaciones de la prueba se realizan con una cámara de alta velocidad, que permite grabar más de 10.000 imágenes por segundo.
A lo largo del último año, los conocimientos adquiridos han permitido a Greene Tweed desarrollar y demostrar nuevos materiales DLF y conceptos de diseño de aplicaciones que cumplen o superan la resistencia al impacto a alta velocidad de los compuestos tradicionales de fibra continua, además de obtener una mejor comprensión del comportamiento ante daños en los compuestos discontinuos. Actualmente, se están desarrollando varias aplicaciones aeroespaciales con requisitos de impacto de granizo, aprovechando la capacidad de ensayo interna y las "lecciones aprendidas".
